西安灞橋電廠圓形煤場設計咨詢
大直徑筒倉形式的封閉煤場是火力發電廠貯煤的發展方向，它具有占地面積小、運行方式簡單、系統調度靈活、不會對環境造成影響和有利于降低貯煤損耗等突出的優點。福建漳州后石電廠和浙江寧海電廠先后建成了直徑為120m的大型筒倉，其結構形式是沿環向每隔一定距離設置了豎直溫度縫，筒倉被分隔成一個個受力相互獨立的擋煤墻，為抵抗煤壓力產生的水平推力，擋煤墻背后設計了結構尺寸很大的扶壁柱，擋煤墻結構按擋土墻設計方法進行設計。我們在2004年和廣東電力設計院合作首次提出整體式貯煤筒倉的設計理念，即在沿筒倉壁環向不設豎直溫度縫，充分利用混凝土倉壁環向鋼筋承擔煤壓力和上部屋面網架結構所產生的水平推力，這樣可以取消扶壁柱結構，有效地減小倉壁截面尺寸，樁基以及地基基礎的工程量，從而獲得巨大的經濟效益。
近幾年來，我們一直在開展整體式貯煤筒倉以及基礎處理的設計咨詢研究，主要采用有限元數值仿真分析與現場實測相結合的方法。數值方面，通過建立包括筒倉結構、基礎承臺、樁基和周圍土體在內的三維有限元模型，進行彈塑性非線性計算分析，主要研究內容和成果如下：
（1） 荷載問題
煤筒倉結構的主要荷載來自于溫度和堆煤。通常情況下，將堆煤荷載簡化為一定分布形式的水平側壓力與豎直壓力分別直接施加在倉壁結構和地基基礎上，不考慮煤與地基、倉壁之間的相互作用特別是摩擦力作用。為了弄清堆煤荷載的分布形式及其對結構特別是基礎的影響機理，我們直接將煤作為結構的一部分進行模擬，考慮煤與基礎，結構的相互作用及煤自身的力學性能。另一方面，溫度荷載分為季節溫升、季節溫降和由于堆煤引起的內外溫差，對于這三種溫度荷載作用產生的內力分布進行了模擬，得到了許多有意義的分析結果。
（2） 隔熱問題
數值分析表明，內外溫差荷載在筒壁結構中產生的內力較大，因此選擇好的隔熱材料與隔熱措施非常重要。研究針對不同的隔熱材料與隔熱措施，分析它們的穩態溫度場以及產生的溫度應力，比較隔熱效果。分析結果表明：混凝土槽型板能夠使倉壁內外溫差間較少70%以上，隔熱效果最好。
（3） 結構形式優化
合理的結構形式可以明顯改善筒倉結構的受力分布，特別是溫度應力的影響。研究針對三種結構形式：筒倉倉壁為變厚度的殼體；較薄殼體—豎向肋柱的整體結構；較薄殼體—豎向肋柱—環梁組成的格構式整體結構，比較它們在主要荷載下的受力分布，側向剛度和配筋量，結果表明：第二種結構形式最優。
（4） 地基處理
堆煤區的豎向煤壓將使基礎土體產生沉降和水平徑向位移，進而對倉壁承臺下的樁基產生較大的負摩擦力和水平推力，正確計算分析這兩個作用力及其對樁內力分布的影響并提出合理的樁基設計方案對筒倉基礎設計至關重要。尤其在軟土地區，該問題更加突出。在堆煤區通常進行復合地基（預應力管樁，混凝土攪拌樁等+碎石墊層）處理，通過樁上碎石墊層的土拱作用，將大部分的堆煤荷載通過樁傳至深層地基土上，只有小部分荷載直接作用在基礎土體上，有效地減少對筒壁結構樁基的水平作用。我們的研究主要集中復合地基的工作原理，包括樁土之間的荷載分擔比以及影響因素等，取得了與現場試驗比較接近的結果。
從2004年以來，我們先后受廣東電力設計院（廣東汕尾電廠）、廣東河源電廠（中南電力設計院設計）、江蘇電力設計院（陜西西安灞橋電廠）、河南電力設計院（河南洛陽孟津電廠）、江蘇鎮江諫壁電廠（華東電力設計院設計）、山東電力咨詢院（山東淄博白楊河電廠）、東北電力設計院（東北營口電廠）、西北電力設計院（廣州南沙華潤電廠）和福建電力設計院等委托、共進行了9個圓形煤場包括基礎在內的設計咨詢，其中3個已建成并投入使用，其余均在施工階段。